167-526-1-SM

Jurnal Ilmiah Mikrotek Vol. 1, No.1 2013

53

PERANCANGAN SISTEM KONTROL GERAKAN PADA ROBOT LINE TRACER

Ahmad Sahru Romadhon1), Muhammmad Fuad2)

Program Studi Mekatronika, Fakultas Teknik, Universitas Truojoyo Madura1,2)

Jl. Raya Telang, PO.Box. 2 Kamal Bangkalan - Madura

Email: [email protected])

, [email protected])

ABSTRAK Perancangan gerakan pada robot line tracer merupakan suatu sistem yang dapat mengontrol

gerakan robot sehingga robot dapat bergerak dengan baik. Untuk itu dibutuhkan kontrol PID

yang dapat mengontrol robot line tracer dalam melakukan gerakan pada bidang datar berwarna

putih dengan garis berwarna hitam dalam lingkungan statis, sehingga robot dapat mengikuti

garis hitam tersebut dengan baik. Dari penelitian ini, diperoleh hasil pengujian dalam ruangan

dengan cahaya yang redup robot dapat berjalan dengan baik pada lintasan yang lurus dan gagal

pada lintasan lengkung, sedangkan pengujian dalam ruangan dengan cahaya yang terang robot

dapat berjalan dengan baik pada lintasan yang lurus maupun pada lintasan lengkung.

Kata Kunci: Kontrol PID, Robot Line Tracer

ABSTRACT

Motion control in line tracer robot is a system that capabel to control robot movement in order

to move well. To achieve such a nice movement, it needs PID control that can control line

tracer robot to make a movement in flat white testpad with black line in static environment, so

robot can folliw the black line smoothly. In this research, experiments with robot run in room

with low intensity light resulting a successful cruise in stright path but failed in curve path.

Experiment in room with high intensity resulting a successful navigation both in stright and

curve path. .

Key Words: Kontrol PID, Robot Line Tracer.

mailto:[email protected]


54 | P a g e

1. Pendahuluan

Perencanaan Gerakan adalah salah satu

komponen kecerdasan dalam suatu Robot

Mobil Otomatis (Autonomous Mobile

Robot, AMR). Karakteristik sebuah robot

mobil yang dilengkapi dengan suatu

kecerdasan dapat dibagi ke dalam beberapa

tingkatan struktur kontrol, yaitu Planner-

Navigator-Pilot-Controller [1].

Kontroler sebagai tingkatan yang paling

dekat dengan perangkat keras merupakan

komponen penting yang menerjemahkan

informasi trayektori sebagai hasil dari

tingkatan diatasnya (Planner-Navigator-

Pilot) ke dalam bentuk gerakan mekanis

melalui kontrol putaran motor.

Salah satu mode kontrol klasik yang cukup

banyak digunakan untuk melakukan kontrol

pada motor adalah kontroler Proportional-

Integral-Derivative (PID) [2]. Pengontrol

PID (Proporsional-Integral-Derivatif)

merupakan salah satu pengontrol yang

dikenal luas dan telah terbukti di industri

selama lebih dari tujuh dekade. Pengontrol

PID ditemukan pada tahun 1922 dan

sampai sekarang masih merupakan

pengontrol yang paling banyak digunakan,

lebih dari 80 % lup kontrol umpan balik di

industri saat ini masih didominasi oleh

pengontrol PID [3]. Daya tarik utama dari

pengontrol PID adalah pengontrol inimudah

digunakan [4] dapat dioperasikan oleh

operator yang tidak mempunyai

pengetahuan tentang teori atau teknik

kontrol otomatik. Operator cukup berbekal

pengalaman terhadap karakteristik proses

yang dikontrol, berdasarkan pengetahuan

ini, operator dapat menentukan parameter-

parameter pengontrol PID secara coba-coba

dengan hasil yang memuaskan.

Telah banyak penelitian yang

mengimplementasikan kontroler PID[5],

termasuk didalamnya implementasi PID

dalam robot mobil penjejak garis (line

follower mobile robot). Penelitian ini

menggunakan kontroler PID untuk kontrol

gerakan pada robot line tracer untuk

mencapai suatu sasaran tertentu dengan

mengikuti jalur yang telah tersedia.

Permasalahan yang akan diselesaikan

dalam penelitian ini adalah bagaimana

sebuah robot line tracer dapat melakukan

kontrol gerakan pada bidang datar berwarna

putih dengan garis berwarna hitam dalam

lingkungan statis, sehingga robot dapat

mengikuti garis hitam tersebut dengan baik.

2. Tinjuan Pustaka

Kontroler merupakan salah satu komponen

sistem yang berfungsi mengolah sinyal

umpan balik dan sinyal referensi menjadi

sinyal kontrol sedemikian rupa sehingga

performansi dari sistem yang

dikendalikannya sesuai dengan spesifikasi

performansi yang diinginkan.

Kontroler PID Merupakan kontroler feed-forward yang

berfungsi mengolah sinyal error menjadi

sinyal kontrol, di mana hubungan sinyal

kontrol terhadap sinyal error dapat

proporsional, integral, diferensial atau

gabungan diantaranya. Berdasarkan bentuk

hubungan sinyal error dan sinyal kontrol,

kontroler ini dibedakan atas beberapa tipe,

antara lain: A. Kontroler tipe-P (Proportional

Controller) Hubungan sinyal eror dan sinyal kontrol

pada kontroler tipe-P dapat dinyatakan pada

Persamaan (1):

( ) ( ) (1)

atau dalam bentuk transfer function

Persamaan (2).

( ) (2)

Diagram balok Gambar 1 adalah kontroler

untuk tipe P.

Gambar 1. Diagram Balok Kontroler tipe-P


55 | P a g e

B. Kontroler tipe-PI (Proportional +

Integral Controller)

Hubungan sinyal eror dan sinyal kontrol

pada kontroler tipe-PI dapat dinyatakan

pada rumus (3).

( ) [ ( )

( ) ] (3)

atau dalam bentuk transfer function

( )

( ) (

)

( )

( )

( )

(4)

Dalam bentuk diagram balok, kontroler

tipe-PI ini ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram balok kontroler tipe-PI

C. Kontroler tipe-PD (Proportional +

Derivative Controller)

Hubungan sinyal error dan sinyal kontrol

pada kontroler tipe-PD dapat dinyatakan

seperti pada rumus (5).

( ) ( )

( ) (5)

atau dalam bentuk transfer function ( )

( ) (

( ) (6)


tipe-PD ini digambarkan sebagai:

Gambar 3. Diagram Balok Kontroler

tipe-PD

D. Kontroler tipe-PID (Proportional +

Integral + Derivative Controller)

Hubungan sinyal eror dan sinyal kontrol

pada kontroler tipe-PID standar dapat

dinyatakan seperti rumus (7).

( ) ( )

( )

( ) (7)

atau dalam bentuk transfer function pada

rumus (8). ( )

( ) (

) atau

( )

( )

( ) (8)


tipe-PID ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Diagram Balok Kontroler Standar

tipe-PID

3. Metodelogi Penelitian

Sistem kontrol gerakan robot mobil

diimplementasikan ke dalam plant berupa

robot LEGO Mindstorms NXT (Gambar 1)

dengan spesifikasi sebagai berikut:

1. Bricx

Pusat pengolahan data yang terdiri dari

tiga output port A, B, C; empat input

port 1, 2, 3, 4; sebuah port USB untuk

akses data dengan PC; layar LCD.

2. Motor DC

Robot ini menggunakan dua motor,

yaitu: motor kanan sebagai output

dihubungkan dengan port A dan motor

kiri sebagai output dihubungkan

dengan port B. Kedua motor ini

dilengkapi dengan roda jenis 43,2 X 22

ZR.

3. Sensor

Robot hanya menggunakan sebuah

sensor warna yang mampu mengenali

6 warna, yaitu: hitam, biru, hijau,

kuning, merah dan putih. Sensor warna

sebagai input dihubungkan dengan

port 3.

Gambar 5. Konstruksi Robot Mobil Penjejak

Garis

Sensor warna (3)

Motor

kiri (B)

Motor

kanan (A)

Prosesor

NXT


56 | P a g e

Algoritma kontroler PID untuk penjejak

garis adalah sebagai berikut:

1. Menentukan konstanta proporsional,

integral, derivative, waktu sampling

dan kecepatan

2. Membaca sensor warna untuk

inisialisasi setpoint

3. Membaca sensor warna untuk

menentukan posisi aktual

4. Menghitung selisih antara nilai

setpoint dan nilai posisi aktual hingga

menghasilkan nilai error

5. Mengalikan nilai error dengan

konstanta proporsional dan

menyimpannya dalam variabel

proporsional

6. Menjumlahkan nilai error ke dalam

variabel integral

7. Menghitung selisih antara nilai error

aktual dan nilai error sebelumnya

kemudian membaginya dengan waktu

sampling dan menyimpan nilai ini ke

dalam variabel derivative

8. Menghitung jumlah dari nilai variabel

proporsional, integral dan derivative

9. Menyimpan nilai error aktual sebagai

error sebelumnya sehingga variabel

error aktual dapat digunakan untuk

menyimpan nilai error aktual yang

berikutnya

10. Mengatur kecepatan dan orientasi

motor kanan dan kiri berdasarkan

konstanta kecepatan dan jumlah dari

nilai PID

11. Mengulang langkah ke-3 hingga ke-11

sampai batas tertentu

Bidang uji (testpad) berupa bidang dua

dimensi berisi kumpulan rute berupa garis

warna hitam yang dijejak robot line tracer

yaitu testpad 8547 dari LEGO (Gambar 6).

Testpad 8547 digunakan untuk menguji

implementasi algoritma kontroler PID

untuk gerakan robot mobil menjejak garis.

Gambar 6. LEGO Mindstorms Testpad

8547

Diagram blok pada Gambar 7

menggambarkan sub sistem robot mobil

penjejak garis yang terdiri dari beberapa

blok.

1. Setpoint menentukan nilai referensi

berdasarkan warna yang dijejak

pertama kali, dalam studi kasus ini

warna hitam sebagai referensi. Nilai

ini didapatkan dari sensor warna yang

ditempatkan di atas garis hitam pada

testpad.

2. Posisi aktual berisi pembacaan

terhadap warna lintasan yang terbaca

sensor warna pada pengambilan data

warna yang berikutnya. Nilai posisi

aktual didapatkan saat sensor

menangkap warna seiring gerakan

robot mobil.

3. Error didapatkan dari membandingkan

setpoint dan posisi aktual. Selisih

antara setpoint dan posisi aktual

menghasilkan nilai error sebagai

masukan bagi sub sistem kontroler

PID.

4. Sub sistem kontroler PID mengolah

nilai error menghasilkan sinyal kontrol

yang diumpankan ke motor kanan dan

kiri.

5. Putaran motor menggerakkan robot

mobil menyusuri lintasan yang

warnanya dibaca kembali untuk meng-

update nilai posisi aktual.

Gambar 7. Diagram blok sistem kontrol

penjejak garis

4. Hasil dan Pembahasan

Algoritma kontroler PID pada robot line

tracer diimplementasikan dengan

menggunakan bahasa NXC (Not eXactly C)

yang dikembangkan dengan editor BricxCC

(Bricx Command Center) [6].

Putaran

motor

error Kontroler

PID pada

LEGO

Motor

Membaca warna

lintasan testpad

Setpoint

Posisi aktual


57 | P a g e

Implementasi algoritma kontroler PID

untuk robot mobil line tracer, terdiri dari

beberapa sub sistem.

1. Definisi konstanta 2. Pembacaan sensor warna sebagai

setpoint

3. Pembacaan sensor warna sebagai posisi

aktual

4. Menghitung error dari setpoint dan

actual_position

5. Perhitungan nilai proporsional, integral,

derivative (PID). Selanjutnya output dari

proses ini menjadi sinyal kontrol untuk

motor

6. Sinyal kontrol untuk motor didapatkan

dari kombinasi antara variabel speed dan

output PID

7. Pengujian

Pengujian pada robot mobil line tracer

dibagi dalam dua studi kasus. Studi kasus

pertama menguji pada ruangan dengan

pencahayaan yang redup dan studi kasus

kedua menguji algoritma kontroler PID

untuk penjejak garis pada ruangan dengan

pencahayaan yang terang.

Pada waktu awal, robot mobil diletakkan

pada lintasan dengan garis hitam untuk

pembacaan setpoint dan selanjutnya

membandingkan nilai setpoint ini dengan

nilai posisi aktual hasil pembacaan sensor

pada waktu yang berikutnya.

A. Studi Kasus 1

Pengujian pertama kontroler PID untuk

robot mobil penjejak garis menggunakan

testpad LEGO Midstorms NXT 8547.

Testpad diletakkan pada bidang datar dalam

ruangan dengan pencahayaan yang redup.

Hasil dari percobaan dengan kondisi ini

adalah robot mobil mampu menyusuri

lintasan garis hitam dengan baik namun

gagal pada lintasan lengkung.

B. Studi Kasus 2

Pengujian kedua dilakukan pada kondisi

ruangan dengan cahaya yang terang. Hasil

dari pengujian kedua adalah robot mobil

mampu menjejak garis hitam pada lintasan

lurus maupun lengkung dengan baik seperti

ditunjukkan pada Gambar 8.

Robot bergerak dari vertex

merah Menuju tikungan pertama

Di tengah lintasan

lengkung

Keluar dari tikungan

menuju lintasan lurus

Berada di lintasan lurus

vertex biru

Berada di lintasan lurus

vertex kuning

Meniti garis lengkung

selepas vertex kuning

Melewati tikungan terakhir

sampai kembali di vertex merah

Gambar 8. Hasil Pengujaian Studi Kasus 2

8. Kesimpulan

1. Kontrol PID adalah kontrol yang

memanfaatkan umpan balik untuk

memperbaiki kinerja sistem atau sebuah

proses.

2. Kontrol PID menghitung nilai kesalahan

(error) antara nilai acuan (setpoint) dan

nilai keluaran (output) yang terukur oleh

sensor.

3. Kontrol PID meminimalisir nilai

kesalahan (error) dengan cara mengatur

sinyal kontrol masukan (input) yang

diberikan ke dalam sistem.

4. Pada pengujian dalam ruangan dengan

cahaya yang redup robot dapat berjalan

dengan baik pada lintasan yang lurus

dan gagal pada lintasan lengkung.

5. Pada pengujian dalam ruangan dengan

cahaya yang terang robot dapat berjalan

dengan baik pada lintasan yang lurus

maupun pada lintasan lengkung.


58 | P a g e

Daftar Pustaka

[1] Meystel A. [1991]. Autonomous

Mobile Robot Vehicles with Cognitive

Control, Singapore: World Scientific

Publishing.

[2] Johnson, C.[1993], Process Control

Instrumentation Technology, Chapter

9 Controller Principles, halaman 386,

New Jersey: Prentice Hall.

[3] Takatsu, H., Itoh, T. & Araki,

M.[1998], Future needs for the control

theory in industries: Report and Topics

of the Control Technology Survey in

Japanese Industry, J. Process Control,

8(5-6), 363-374.

[4] M. M'Saad, M. Bouslimani, and M. A.

Latifi. [1993], “PID Adaptive Control

Of Exothermic Stirred Tank Reactors”,

Second IEEE Conference on Control

Applications, Vol.1, pp. 113 – 117,

September.

[5] B. Kumar, and R. Dhiman. [2011],

“Optimization Of Pid Controller For

Liquid Level Tank System Using

Intelligent Echniques”, Canadian

Journal on Electrical and Electronics

Engineering, Vol. 2, No. 11, pp. 531-

535, November.

[6] Hansen, J. [2010], NXC Programmer's

Guide Version 1.2.1 r3, June 8.

167-526-1-SM

Documents

Transcript of 167-526-1-SM